硬件EMC设计规范.docx

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硬件EMC设计规范

前言2

前言

本规范的其他系列规范：

无

与对应的国际标准或其他文件的一致性程度：

无

规范代替或作废的全部或部分其他文件：

无

与其他规范或文件的关系：

无

本规范由工程技术中心提出。

本规范主要起草和解释部门：

本规范主要起草人：

本规范批准部门：

硬件EMC设计规范

8电路设计

电路设计中，如按功能划分种类繁多，不胜枚举。

功能电路的设计好坏，在于设计人员的理论知识和实践经验，在此不做讨论。

由于各类认证中，对电磁兼容要求越来越重视，就此需要重点关注的电路设计大致可分为以下几类：

8.1电源电路

电源电路设计中，功能性设计主要考虑温升和纹波大小。

温升大小由结构散热和效率决定；输出纹波除了采用输出滤波外，输出滤波电容的选取也很关键：

大电容一般采用低ESR电容，小电容采用0.1UF和1000pF共用。

电源电路设计中，电磁兼容设计是关键设计。

主要涉及的电磁兼容设计有：

传导发射和浪涌。

传导发射设计一般采用输入滤波器方式。

外部采购的滤波器内部电路一般采用下列电路：

Cx1和Cx2为X电容，防止差模干扰。

差模干扰大时，可增加其值进行抑制；Cy1和Cy2为Y电容，防止共模干扰。

共模干扰大时，可增加其值进行抑制。

需要注意的是，如自行设计滤波电路，Y电容不可设计在输入端，也不可双端都加Y电容。

浪涌设计一般采用压敏电阻。

差模可根据电源输入耐压选取；共模需要电源输入耐压和产品耐压测试综合考虑。

当浪涌能量大时，也可考虑压敏电阻（或TVS）与放电管组合设计。

8.1.1电源输入部分的EMC设计

应遵循①先防护后滤波；②CLASSB规格要求的电源输入端推荐两级滤波电路，且尽量靠近输入端；③在电源输入端滤波电路前和滤波电路中无采样电路和其它分叉电路；如果一定有采样电路，采样电路应额外增加了足够的滤波电路。

原因说明：

①先防护后滤波：

第一级防护器件应在滤波器件之前，防止滤波器件在浪涌、防雷测试中损坏，或导致滤波参数偏离，第二级保护器件可以放在滤波器件的后面；选择防护器件时，还应考虑个头不要太大，防止滤波器件在PCB布局时距离接口太远，起不到滤波效果。

②CLASSB规格要求的电源输入端推荐两级滤波电路，且尽量靠近输入端：

CLASSB要求比CLASSA要求小10dB，即小3倍，所以应有两级滤波电路；CLASSA规格要求至少一级滤波电路；所谓一级滤波电路指包含一级共模电感的滤波电路。

③在电源输入端滤波电路前和滤波电路中无采样电路和其它分叉电路；如果一定有采样电路，采样电路应额外增加了足够的滤波电路：

电源采样电路应从滤波电路后取；

如果采用电路精度很高，必须从电源输入口进行采样时，必须增加额外滤波电路。

8.1.2电源输出部分的EMC设计

应遵循①电源模块输出一定要求有滤波措施,推荐使用共模电感或差模电感；②长距离电源走线是否预留足够电容组10uF/0.1uF或1uF/0.01uF，应考虑PCB板每间隔7.5cm放置一对。

原因说明：

①电源模块输出一定要求有滤波措施,推荐使用共模电感或差模电感：

用共模电感进行滤波，防止开关电源的噪声串到整个单板的电源、地上；

用磁珠进行滤波，防止开关电源的噪声串到整个单板的电源、地上；

在电源输出端设计Y电容时，需斟酌，如有螺钉可使Y电容就近接地时，可考虑增加，否则不用。

②长距离电源走线是否预留足够电容组10uF/0.1uF或1uF/0.01uF，应考虑PCB板每间隔7.5cm放置一对：

当电源模块有多路电源输出时，比如提供给通讯接口的通讯电源、地，提供给传感器供电的12V、24V电源、地，提供给继电器驱动用的12V电源、地，均会存在长距离走线问题，为了使电源、地之间的阻抗最小，且回路最小，应每隔7.5cm增加一对电容。

8.1.3电源转换芯片的EMC设计

应遵循电源转换芯片输入输出端应并联BULK电容和去耦电容；电容容值应依据芯片手册推荐，或者依据驱动能力来估算；开关转换芯片输出应考虑磁珠进行滤波。

8.2接口电路

接口电路多种多样，一般需电缆引出的接口电路需要较完备的电磁兼容设计，如CAN总线、RS485总线；其他的接口电路如RS232、USB等一般采用磁珠加TVS管设计。

8.2.1RS485/CAN接口设计

RS485接口标准电路如下：

在具体设计中，R1/R2用自恢复保险丝，保护效果更好。

一般不使用放电管；TVS管可作为预留设计（取决于驱动芯片内部是否包含TVS管）。

需要注意的是，共模电容需设计在接口端，这样做的原因是抑制外部的传导干扰和快速脉冲群干扰，以免其对RS485数据通信产生扰乱。

CAN接口保护时，TVS和电容参数略有不同。

RS-485总线共模电压范围为-7～+12V；

CAN总线的共模电压为-2~+7V。

8.2.2RS232接口设计

RS232接口标准电路如下：

485/CAN差分接口优先选用共模电感或者磁珠进行滤波，232接口用磁珠进行滤波；滤波电路尽量靠近端口，磁珠或共模电感到端子间PCB走线长度小于2.5cm；如防护器件过多，磁珠到端子间PCB走线长度距离大于2.5cm，则应在最靠近接口处增加Y电容或高压电容进行滤波，Y电容要满足耐压要求；如果采用屏蔽电缆，屏蔽层要接PGND；需要接出到端子的通讯地需要经过滤波。

8.2.3USB接口设计

USB接口标准电路如下：

具体设计中，共模电感一般用磁珠代替；C1、C2共模电容为预留设计，当USB口有辐射输出干扰时，C1、C2可对其进行抑制。

需要注意的是，因USB数据速率高，选用TVS时必须采用低电容的TVS管，TVS管最少能承受8KV以上的接触静电放电。

8.2.4S_VIDEO接口设计

S_VIDEO接口标准电路如下：

磁珠电容可根据实际情况进行参数调整。

8.2.5以太网接口设计

以太网接口标准电路如下：

当网口变压器共模抑制比较差或需要通过的标准比较严酷时，需要增加L1、L2共模电感；C9、C10、C11、C12为预设计，根据实际的情况增加，一般不需要增加；C2、C3为与设计，根据是实际的情况增加或调整。

8.3时钟晶体电路

时钟晶体电路一般有两种：

无源晶体电路和有源震荡器电路。

时钟晶体电路一般是辐射发射的干扰源。

8.3.1无源晶体

无源晶体标准电路如下：

在实际设计时，R3电阻和C3电容为预留设计。

R3电阻可帮助启震；C3电容可改善震荡信号质量。

8.3.2有源震荡器

标准电路如下：

实际设计时，C1是预留设计。

C1电容可改善震荡器输出信号质量。

供电磁珠一般不可缺省，其作用时防止震荡器的高频信号通过电源污染外部电路。

时钟芯片电源管脚采用LC滤波电路或者PI滤波电路；晶体外壳要做接地设计；时钟信号分叉时在分叉后每路都设置匹配电阻，匹配电阻靠近时钟芯片；T型网络，或采用末端匹配。

8.4面板电路

面板电路一般指面板LED和面板按键，一般面板电路需要考虑防静电。

以LED电路为列进行说明：

LED电路一般不采用这种连接方法：

而采用下列连接方法：

原因：

静电干扰LED时，头一种方法将静电引入驱动电路可能引起故障；第二种方法则将静电引入电源，电源对所有信号都可视为低阻抗。

当LED驱动为动态驱动时，一般在电阻后会预留接地电容，以平缓开关信号。

8.5数字总线电路

数字总线电路需要考虑数字信号质量进行设计。

沿信号的过冲也产生辐射发射干扰。

在空间允许情况下，每个总线芯片的数据线，逻辑控制信号都应串联一个22欧或33欧电阻。

如下图：

通过示波器测量发现，一般不串联电阻时，数字线信号波形如下：

串联电阻后，波形如下：

可见，信号质量大大改善。

产品要满足的EMC标准：

DC24V/12V电源EMC防护：

以下方案较为全面，有浪涌的共模，差模防护，同时有EFT和传导等低频的保护。

24VDC输入其他方案：

  Y电容：

2200pF/3000V，对于普通应用可以用400V电容。

共模电感：

XCON434A4H0.7